紅外觸摸屏原理

1、 紅外觸摸屏原理一、 基本原理介紹紅外觸摸屏的工作原理是在觸摸屏的四周布滿紅外接收管和紅外發(fā)射管，這些紅外管在觸摸屏表面呈一一對應的排列關系，形成一張由紅外線布成的光網(wǎng)，當有物體(手指、帶手套或任何觸摸物體)進入紅外光網(wǎng)阻擋住某處的紅外線發(fā)射接收時，此點橫豎兩個方向的接收管收到的紅外線的強弱就會發(fā)生變化，控制器通過了解紅外線的接收情況的變化就能知道何處進行了觸摸。如下圖所示。  二、 構成及工作流程1、 構 成： 紅外觸摸屏由三部分組成：控制器、發(fā)射電路、接收電路。2、 工作流程工作時，控制器中的微處理器（ARM7或其它）控制驅動電路（移位鎖存器）依次接通紅外發(fā)射管并 同

2、時 通過地址線和數(shù)據(jù)線來尋址相應的紅外接收管。 當有觸摸時，手指或其它物就會擋住經(jīng)過該位置的橫豎紅外線，微處理器掃描檢查時就會發(fā)現(xiàn)該受阻得紅外線，判斷可能有觸摸，同時立刻換到另一坐標再掃描，如果再發(fā)現(xiàn)另外一軸也有一條紅外線受阻，表示發(fā)現(xiàn)觸摸，并將兩個發(fā)現(xiàn)阻隔的紅外對管位置報告給主機，經(jīng)過計算判斷出觸摸點在屏幕的位置。其控制原理如圖1所示。3、 發(fā)射電路發(fā)射電路由移位鎖存器（例如：TI公司的CD74AC164M）、3-TO-8多路輸出選擇器（例如：TI的74HC238D）、恒流驅動IC（例如美芯的MAX6966 、TI的ULN2803A等）、紅外發(fā)射二極管等組成。現(xiàn)以TI公司的CD74AC164

3、M為例介紹發(fā)射電路工作流程。CD74AC164M是一個8 Bit串行輸入并行輸出的位移鎖存器。微處理器通過IO口控制移位鎖存器的時鐘以及數(shù)據(jù)輸入端。掃描時微處理器通過IO端口將CD74AC164M的MR腳置為高電平，則CD74AC164M會自動把輸出腳：Q0置為高電平，然后送入時鐘信號：CP ，則在時鐘信號的上升期移位鎖存器自動將Q0的數(shù)據(jù)寫入到Q1并保存。在下一個時鐘脈沖的上升沿到來時，把Q1的數(shù)據(jù)寫入到Q2并Q1自動清零，其它依次進行。寫入的脈沖會隨移位時鐘上升沿的到來不斷的移位，直到從輸出端移出。利用移位鎖存器的這一特點，可在移位時鐘的上升沿將脈沖移至發(fā)射管，并點亮發(fā)射管。將第一個移位鎖

4、存器的輸出端與下一級的輸入端相連，可將寫入的脈沖移人下一級。因此，通過移位鎖存器的級聯(lián)可實現(xiàn)微處理器對更多的發(fā)射管的驅動。結合以上特點即可將發(fā)射管逐個點亮。以上只是對發(fā)射端原理性介紹，實際的電路在位移鎖存器的后面還有一級電流、電壓驅動IC，例如：美芯的恒流驅動IC：MAX6966 、TI的ULN2803A等,因為位移鎖存器輸出的掃描信號電流太小不足以驅動紅外發(fā)射二極管，所以必須在后面加一級電流、電壓驅動IC。驅動電路如下圖所示：4、 接收電路 接收電路由移位鎖存器（例如：TI公司的CD74AC164M）、多路器（例如：TI 公司的74HC4051D，與74HC238D匹配）、紅外接收二極管、放

5、大電路、AD轉換器（例如：TI的ADS7830）等構成。 發(fā)射管被點亮的時刻，微處理器將同時通過地址線尋址與發(fā)射管位置上相對應的接收管，并將接收感應到的光通量通過放大器和AD轉換器放大并轉換成數(shù)字信號，再通過數(shù)據(jù)線傳送給微處理器進行處理，由此判斷是否有觸摸發(fā)生。通過這樣處理可使發(fā)射管與接收管一一對應，從而為確定觸摸位置奠定基礎。接收電路必須與發(fā)射電路用相同型號的移位鎖存器（例如：TI公司的CD74AC164M），這樣才能保證微處理器發(fā)出掃描信號后尋址相對應的接收管時，發(fā)射管和接收管在時序上一一對應。光通量放大電路和AD轉換電路示意圖如下：5、 軟件工作流程 6、 高分辨率的實現(xiàn)早期的紅外觸摸屏

6、的分辨率直接由紅外對管數(shù)決定，對于接收管來說，只有接收到和沒有接收到信號兩種情況，觸摸分辨率就等于屏的物理分辨率。因此其觸摸屏的分辨率比較低。但如果將接收的信號強度進行量化分級，那么，對于接收的信號，不僅要判斷是否被阻擋，還要判斷出被阻擋的程度，觸摸物的不同位置將決定是否有接收信號且接收信號的強度也有所不同，因此觸摸物的位置與接收的紅外信號強度有直接的對應關系，即使觸摸物移動非常小的距離也會導致信號強度發(fā)生改變，從而可以得到極高的分辨率。該情況下的觸摸屏分辨率主要由紅外對管數(shù)和模數(shù)轉換精度決定，其觸摸屏分辨率為紅外對管數(shù)與單對紅外管能實現(xiàn)的分辨率的乘積。觸摸屏坐標由紅外管的物理坐標和觸摸點在相

7、應管中的坐標共同決定?；谝陨显恚梢詫⒚看尾杉降募t外接收管的光通量進行256級量化，這樣，得到的最小分辨率就是接收管的寬度256，從而大大提高了紅外觸摸屏的分辨率，該方法可以達到2046×2046的精度。7、 觸摸位置的計算為了得到準確的觸摸位置，在計算觸摸位置時必須排除周圍環(huán)境光的干擾。為此，通過確定每對管子的域值來作為判斷是否有手指觸摸的依據(jù)。該域值的確定可通過對每對管子的“0”態(tài)和“1”態(tài)時的數(shù)據(jù)采樣來實現(xiàn)。 “0”態(tài)，即將所有的發(fā)射管進行一次清零，此時的發(fā)射管都為熄滅狀態(tài)，這樣，采樣得到的就是接收管接收到的周圍光的光通量；“1”態(tài)，即將所有的發(fā)射管逐個點亮，此時的發(fā)射管

8、在某一時刻只有一只被點亮，采樣得到的是接收管接收對應發(fā)射管及周圍光的光通量。紅外觸摸屏的觸摸位置的計算主要是通過遮擋時與未遮擋時的光強比來得到的。在判斷觸摸位置時，可以先確定被遮擋的管子，計算得到被遮擋的大致位置。若被遮擋的管子為第N個管子，這個被遮擋的大致位置為Ld，則有： Ld=(N-1)×管子的寬度由于手指遮擋時有一定的區(qū)域，所以遮擋時有兩種可能：其一是在被確定的管子的前面；其二是在被確定的管子處。圖3所示為手指遮擋示意圖。為了精確計算，需要計算這兩種情況下位置的偏移量L1和L2。則有：其中，L為第N個管子被遮擋時的位置。L1為手指在被確定的管子的前面時的偏移量。L2為手指在被

9、確定的管子處時的偏移量，XN為掃描時采樣第N個管子接收到的數(shù)據(jù)，XNmax為“1”態(tài)時采樣第N個管子接收到的數(shù)據(jù)XNmin為“0”態(tài)時采樣第N個管子接收到的數(shù)據(jù)。8、 鼠標驅動 控制器只能得到觸摸位置的絕對坐標位置信息，而無法實現(xiàn)相應的鼠標動作。所以，必須通過主機端的驅動程序來實現(xiàn)鼠標動作。可以通過VC+編程來實現(xiàn)串口通信和鼠標動作，從而完成軟件結合硬件對鼠標的驅動。A、 串口通信為了使主機能夠接收控制器通過串口傳送的觸摸位置信息，可利用Microsoft公司提供的ActiveX控件Microsoft Communications Control，并通過VC+編程來實現(xiàn)串口通信。通過在該控件中

10、的設置可指定通信串口號，同時可設置波特率、校驗位、停止位、數(shù)據(jù)位等通信參數(shù)，以及接收OnComm事件門限值。由于傳統(tǒng)的鼠標是一種相對定位系統(tǒng)，它只和前一次鼠標的位置坐標有關。而觸摸屏則是一種絕對坐標系，與相對定位系統(tǒng)有著本質的區(qū)別。因此，通過主機從串口接收到的觸摸點坐標數(shù)據(jù)并進行轉換來得到屏幕坐標。B、鼠標動作鼠標動作在觸摸屏的應用中甚為重要。它主要包括鼠標的定位，鼠標的移動，鼠標的左鍵單擊和雙擊，以及鼠標的右鍵單擊。在VC+編程中，可通過使用API函數(shù)中的mouse_event來模擬鼠標事件，以實現(xiàn)以上的鼠標動作。9、    紅外觸摸技術特點總結A. 紅外觸摸屏

11、的優(yōu)點是可用手指、筆或任何可阻擋光線的物體來觸摸,視覺效果和定位原理都優(yōu)于其它觸摸屏技術，而且不受電流、電壓和靜電干擾，可以適宜惡劣的環(huán)境條件；缺點是在球面顯示器上使用時感覺不好，這是因為賴以工作的紅外光柵矩陣顯然要求保證在同一平面上。B. 紅外線檢測技術用于觸摸屏技術主要有3個技術難點：l 環(huán)境光因素，紅外接收管有最小靈敏度和最大光照度之間的工作范圍，但是觸摸屏產品卻不能限制使用范圍，從黑暗的歌廳包房到海南島高強度陽光下的戶外使用，作為產品，它必須適應。 l 快速檢測，紅外觸摸屏一般尺寸最少也有64套紅外對管，也就是說至少要求在0.4毫秒內就要完成一條紅外線的檢測。     周圍的反射、折射、干擾，紅外發(fā)射管有一個發(fā)射角，接收管有較大范圍的接收角，如果周圍反射到一定程度，你會發(fā)現(xiàn)手指放在什么地方也阻擋不住信號。 要解決這些問題，選擇模擬方式最大的好處是可以分析提高觸摸屏的分辨率，但是抗干擾能力比不上脈沖方式；選擇脈沖方式雖然抗干擾能力強，但是存在脈沖方式在接收方需要一個響應過程時間的問題，而觸摸屏卻要求極快的速度，因此要在自適應電路、單片機軟件、模具設計、透光材料選擇等幾個方面要有技術突破。l 紅外觸摸屏靠多對紅外發(fā)射和接收對管來工作，紅外對管性能和壽命都比較可靠，任何阻擋光線